一种发动机国六GPF清灰的进排气系统及其控制方法与流程

一种发动机国六gpf清灰的进排气系统及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及汽车发动机后处理领域，特别涉及一种发动机国六gpf清灰的进排气系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着排放和油耗法规的日趋严格，节能减排已成为当今汽车发动机发展的首要目标。为满足颗粒物排放法规的要求，汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter，gpf)已成为很多主流的发动机尾气处理装置的必备。
3.相关技术中，由于发动机机油中经常会增加入一些抗研磨剂，窜入曲轴箱通风系统里的机油会被引入到发动机缸内，使得进入发动机缸内的机油燃烧后产生固体颗粒物，称为灰分，一般呈黑色粉末状，无法燃烧。而国六排气系统设置有颗粒物捕集器(gpf)，灰分长期积累会在gpf内结焦，进而堵塞gpf，影响gpf对颗粒物的捕集性能，从而导致排放不达标，排气系统背压升高，降低发动机动力经济性，并且会减少gpf寿命，给用户带来损失。
4.因此，有必要设计一种新的发动机国六gpf清灰的进排气系统，以克服上述问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种发动机国六gpf清灰的进排气系统及其控制方法，以解决相关技术中灰分易堵塞gpf，影响gpf对颗粒物的捕集性能，并且减少gpf寿命的问题。
6.第一方面，提供了一种发动机国六gpf清灰的进排气系统，其包括：发动机；颗粒捕集器，其进气口通过主管道与所述发动机的排气口连通，且所述颗粒捕集器的出气口连接中间管；第一出气管，所述第一出气管的进气口与所述主管道连接，且位于所述发动机与所述颗粒捕集器之间，所述第一出气管的出气口与所述颗粒捕集器的出气口连接；第二出气管，所述第二出气管的进气口与所述主管道连接，且位于所述第一出气管的进气口与所述颗粒捕集器之间，所述第二出气管的出气口连接所述中间管；当所述颗粒捕集器需要清灰时，所述发动机的尾气依次通过所述第一出气管、所述颗粒捕集器、所述第二出气管排出。
7.一些实施例中，所述主管道内与所述第二出气管的连接处设置进口三通阀，所述中间管内与所述第二出气管的连接处设置出口三通阀；当需要对所述颗粒捕集器进行反向清灰时，通过所述进口三通阀将所述颗粒捕集器的进气口与所述第二出气管的进气口接通，将所述发动机与所述颗粒捕集器之间的通路关闭，同时，通过所述出口三通阀将所述颗粒捕集器的出气口与所述出口三通阀之间的通路关闭，将所述第二出气管与所述中间管接通。
8.一些实施例中，所述第一出气管的进气口设有进气阀，所述第一出气管的出气口设有出气阀；当需要对所述颗粒捕集器进行正向清灰时，所述进气阀和所述出气阀均关闭，并且所述进口三通阀将所述第二出气管的进气口关闭，所述出口三通阀将所述第二出气管的出气口关闭。
9.一些实施例中，所述颗粒捕集器的进气口处设置有第一压差管，所述颗粒捕集器
的出气口处设置有第二压差管，通过所述第一压差管和所述第二压差管测量所述颗粒捕集器进出口之间的压差p
g
。
10.一些实施例中，所述主管道上还设置有三元催化器，所述三元催化器位于所述发动机与所述第一出气管的进气口之间；所述中间管远离所述颗粒捕集器的一端还设置有消声器。
11.第二方面，提供了一种上述的进排气系统的控制方法，其包括以下步骤：判断所述颗粒捕集器是否发生灰分堵塞；若是，则控制第一出气管的进气口与所述主管道接通，所述第一出气管的出气口与所述颗粒捕集器的出气口接通，同时，控制所述第二出气管的进气口与所述颗粒捕集器的进气口接通，所述第二出气口与所述中间管接通，且控制所述发动机与所述颗粒捕集器之间的通路关闭，所述颗粒捕集器的出气口与所述中间管的出气口之间的通路关闭。
12.一些实施例中，所述颗粒捕集器的进气口处设置有第一压差管，所述颗粒捕集器的出气口处设置有第二压差管，所述判断所述颗粒捕集器是否发生灰分堵塞，包括：读取所述第一压差管与所述第二压差管之间的压差p
g
，判断所述压差p
g
是否位于第一压差值与第二压差值之间。
13.一些实施例中，在判断所述颗粒捕集器是否发生灰分堵塞之后，还包括：判断所述颗粒捕集器是否发生颗粒物堵塞；若是，则升高所述颗粒捕集器的温度，使所述颗粒捕集器内的颗粒物燃烧。
14.一些实施例中，所述第一出气管的进气口设有进气阀，所述第一出气管的出气口设有出气阀，所述控制第一出气管的进气口与所述主管道接通，所述第一出气管的出气口与所述颗粒捕集器的出气口接通，包括：控制所述进气阀和所述出气阀均处于打开状态。
15.一些实施例中，所述主管道内与所述第二出气管的连接处设置进口三通阀，所述中间管内与所述第二出气管的连接处设置出口三通阀；所述控制所述第二出气管的进气口与所述颗粒捕集器的进气口接通，所述第二出气口与所述中间管接通，且控制所述发动机与所述颗粒捕集器之间的通路关闭，所述颗粒捕集器的出气口与所述中间管的出气口之间的通路关闭，包括：控制所述进口三通阀使所述颗粒捕集器的进气口与所述第二出气管的进气口接通，使所述发动机与所述颗粒捕集器之间的通路关闭，控制所述出口三通阀使所述颗粒捕集器的出气口与所述出口三通阀之间的通路关闭，使所述第二出气管与所述中间管接通。
16.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
17.本发明实施例提供了一种发动机国六gpf清灰的进排气系统及其控制方法，由于在颗粒捕集器上并列设置了第一出气管和第二出气管，当颗粒捕集器内聚集了较多的灰分时，可以利用发动机排出的尾气，通过第一出气管进入颗粒捕集器的出气口，从颗粒捕集器的出气口自后向前进行反向吹气，使灰分连同尾气从第二出气管吹出，避免了灰分堵塞gpf，且可以提升gpf的使用寿命；同时，清灰的气源来自发动机排出的尾气，不需要额外的气源。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种发动机国六gpf清灰的进排气系统的结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的一种发动机国六gpf清灰的进排气系统的颗粒捕集器的剖视示意图；
21.图3为本发明实施例提供的一种发动机国六gpf清灰的进排气系统的颗粒捕集器另一方向的剖视示意图；
22.图4为本发明实施例提供的一种发动机国六gpf清灰的进排气系统的反向吹气的气流走向示意图；
23.图5为本发明实施例提供的一种发动机国六gpf清灰的进排气系统的正向吹气的气流走向示意图；
24.图6为本发明实施例提供的一种发动机国六gpf清灰的进排气系统的控制方法的流程图。
25.图中：
26.1、发动机；
27.2、颗粒捕集器；21、第一孔道；22、第二孔道；23、第一压差管；24、第二压差管；
28.3、第一出气管；31、进气阀；32、出气阀；
29.4、第二出气管；41、进口三通阀；42、出口三通阀；
30.5、主管道；6、引气管；7、空滤；8、三元催化器；9、消声器；10、中间管；11、尾管。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明实施例提供了一种发动机国六gpf清灰的进排气系统及其控制方法，其能解决相关技术中灰分易堵塞gpf，影响gpf对颗粒物的捕集性能，并且减少gpf寿命的问题。
33.参见图1所示，为本发明实施例提供的一种发动机国六gpf清灰的进排气系统，其可以包括：发动机1，其中，发动机1可以具有进气口和排气口，本实施例中，大气中的空气可以通过引气管6与发动机1的进气口连通，进入发动机1内部的空气可以使发动机1内的燃料燃烧，其中，引气管6与发动机1之间可以设置空滤7，空滤7可以对空气里的灰尘颗粒进行过滤，使得引气管6内的空气变成新鲜干净的空气进入发动机1，防止灰尘颗粒进入发动机1磨损缸体；颗粒捕集器2，所述颗粒捕集器2的进气口可以通过主管道5与所述发动机1的排气口连通，且所述颗粒捕集器2的出气口可以连接中间管10，从而使得从发动机1排气口排出的尾气可以通过主管道5进入颗粒捕集器2，进而从中间管10排出；第一出气管3，所述第一出气管3的进气口可以与所述主管道5连接，且所述第一出气管3的进气口可以位于所述发动机1与所述颗粒捕集器2之间，所述第一出气管3的出气口可以与所述颗粒捕集器2的出气口连接，具体的，第一出气管3的出气口可以直接与颗粒捕集器2的出气口连接，也可以间接
与颗粒捕集器2的出气口连接，使得当需要使用到第一出气管3时，第一出气管3的出气口可以与颗粒捕集器2的出气口连通；以及第二出气管4，所述第二出气管4的进气口可以与所述主管道5连接，且位于所述第一出气管3的进气口与所述颗粒捕集器2之间，所述第二出气管4的出气口连接所述中间管10，当所述颗粒捕集器2需要清灰时，从所述发动机1排气口排出的尾气能够进入所述第一出气管3，并从所述第一出气管3的出气口进入所述颗粒捕集器2的后端，自后向前反向吹灰，使颗粒捕集器2内的灰分连同尾气一起进入第二出气管4，进而从所述第二出气管4的出气口排出。
34.参见图2和图3所示，本实施例中，颗粒捕集器2的截面为蜂窝状，且颗粒捕集器2的内部结构为自前向后的多个孔道，相邻孔道的开口方向相反，也就是说，其中一个孔道的入口端是开口，出口端封闭，定义该孔道为第一孔道21，与第一孔道21相邻的另一个孔道的入口端封闭，出口端是开口，定义该孔道为第二孔道22，使得从颗粒捕集器2进气口进入的灰分会在第一孔道21内壁附着积累，因此，通过反向吹灰，可以使得发动机1的尾气从颗粒捕集器2的出气口进入颗粒捕集器2的内部，进而自后向前吹气，可以将第一孔道21内积累的大量灰分吹出到颗粒捕集器2的进气口，进而从第二出气管4排出，由于第一孔道21与第二孔道22之间的隔墙也为蜂窝状，气体容易通过，而灰分不易通过，如果自前向后吹气就很难将第一孔道21内的灰分吹到第二孔道22，不易将灰分排出颗粒捕集器2。
35.另外，本技术实施例中，在发动机1正常工作的时候，发动机1排出的尾气可以直接通过主管道5进入颗粒捕集器2，进而从颗粒捕集器2的出气口进入中间管10，由于少量灰分的直径较小，直径较小的灰分可以从第一孔道21的内壁进入第二孔道22中，因此，在发动机1正常工作的过程中，可以通过正向吹灰将第一孔道21和第二孔道22中的少量直径较小的灰分清除，并且，无论是正向吹灰还是反向吹灰，本系统的气源均来自发动机1排出的尾气，不需要额外引入气源，相比带储气罐需要压缩气体的装置，本系统结构更简单经济，更节能环保，在整车上也更容易实现搭载和应用，清除了颗粒捕集器2内的灰分，解决了颗粒捕集器2发生灰分堵塞的问题，使得颗粒捕集器2的使用寿命延长。
36.参见图4所示，在一些实施例中，所述主管道5内与所述第二出气管4的连接处设置进口三通阀41，也就是说，进口三通阀41设置于主管道5内，且位于主管道5与第二出气管4的相交处，通过进口三通阀41可以控制发动机1、第二出气管4与颗粒捕集器2三者之间是否互相连通，所述中间管10内与所述第二出气管4的连接处设置出口三通阀42，也就是说，所述出口三通阀42设置于所述中间管10内，且位于中间管10与第二出气管4的相交处，通过出口三通阀42可以控制颗粒捕集器2、第二出气管4与中间管10的出气端三者之间是否互相连通；当需要对所述颗粒捕集器2进行反向清灰时，通过所述进口三通阀41可以将所述颗粒捕集器2的进气口与所述第二出气管4的进气口接通，并通过所述进口三通阀41将所述发动机1与所述颗粒捕集器2之间的通路关闭，也就是说，发动机1排出的尾气不会通过进口三通阀41进入颗粒捕集器2，同时，通过所述出口三通阀42可以将所述颗粒捕集器2的出气口与所述出口三通阀42之间的通路关闭，使得颗粒捕集器2出气口处的尾气不能通过出口三通阀42排出，并通过所述出口三通阀42将所述第二出气管4与所述中间管10接通，使得进入第二出气管4的尾气可以通过出口三通阀42进入中间管10，进而从中间管10的出气端排出；在进行反向清灰时，尾气的移动路径为：从发动机1的排气口排出尾气，其中尾气中含有较多的空气和少量的废气，此时，尾气从第一出气管3吹向颗粒捕集器2的出气口，并从颗粒捕集器
2的出气口进入颗粒捕集器2内，将颗粒捕集器2内的灰分通过尾气吹出，从颗粒捕集器2内吹出的尾气进而进入第二出气管4，通过第二出气管4进入中间管10，从中间管10排出尾气和灰分。通过设置进口三通阀41和出口三通阀42，直接控制进口三通阀41和出口三通阀42的开闭即可方便的实现颗粒捕集器2的反向吹气，使得整个系统的结构简单。
37.参见图5所示，在一些可选的实施例中，所述第一出气管3的进气口处可以设有进气阀31，所述第一出气管3的出气口处可以设有出气阀32；当需要对所述颗粒捕集器2进行正向清灰时，所述进气阀31和所述出气阀32均关闭，并且所述进口三通阀41将所述第二出气管4的进气口关闭，所述出口三通阀42将所述第二出气管4的出气口关闭，使得发动机1排出的尾气可以直接通过主管道5进入颗粒捕集器2，实现发动机1正常工作时即可将部分灰分吹走，当反向吹灰时，可以将进气阀31与出气阀32均打开，使尾气可以进入第一出气管3，通过在第一出气管3的两端设置进气阀31和出气阀32，使得反向吹灰与正向吹灰更易实现转换。
38.参见图1所示，在一些实施例中，所述颗粒捕集器2的进气口处可以设置有第一压差管23，所述颗粒捕集器2的出气口处可以设置有第二压差管24，通过所述第一压差管23和所述第二压差管24可以测量所述颗粒捕集器2进出口之间的压差p
g
，进而，通过压差p
g
可以判断出颗粒捕集器2是否发生灰分堵塞，本实施例中，发动机1在正常工作时，可以通过ecu读取颗粒捕集器2两端的压差p
g
，若压差p
g
小于第一压差值，则判断颗粒捕集器2未发生堵塞，发动机1正常工作；若压差p
g
大于或者等于第二压差值，则判断颗粒捕集器2发生颗粒物堵塞(其中，颗粒物是汽油燃烧产生的物质)，当颗粒捕集器2发生颗粒物堵塞时，可以启动gpf再生(也即加大车速，使得进入颗粒捕集器2内的尾气温度升高，使颗粒物燃烧)，从而使颗粒物分解为气体、液体或者粉末，进而随尾气一起正向清除，同时，颗粒捕集器2内的压差逐渐减小，若压差pg位于第一压差值与第二压差值之间，则判断颗粒捕集器2发生灰分堵塞，可以启动反向吹灰，进行反向吹气清灰。
39.参见图1所示，进一步，所述主管道5上还可以设置有三元催化器8(twc)，所述三元催化器8位于所述发动机1与所述第一出气管3的进气口之间，三元催化器8可以将尾气里的一氧化碳，氮氧化物等，经过催化反应生成二氧化碳，氮气和水等无害物，减少污染排放；所述中间管10远离所述颗粒捕集器2的一端还设置有消声器9，本实施例中，消声器9设置于出口三通阀42的后侧，消声器9用于在排气的过程中进行消声；本实施例中，消声器9的后端还连接有尾管11，使得进入消声器9的尾气通过尾管11排出。
40.参见图6所示，本发明实施例还提供了一种上述的进排气系统的控制方法，其可以包括以下步骤：
41.步骤1：判断所述颗粒捕集器2是否发生灰分堵塞。
42.在一些实施例中，所述颗粒捕集器2的进气口处设置有第一压差管23，所述颗粒捕集器2的出气口处设置有第二压差管24，所述判断所述颗粒捕集器2是否发生灰分堵塞，可以包括：通过ecu读取所述第一压差管23与所述第二压差管24之间的压差p
g
，判断所述压差p
g
是否位于第一压差值p
h
与第二压差值p
k
之间。
43.步骤2：若是，则ecu会发出指令，发动机1增加进气量，减少燃油喷射量，同时ecu控制第一出气管3的进气口与所述主管道5接通，所述第一出气管3的出气口与所述颗粒捕集器2的出气口接通，同时，控制所述第二出气管4的进气口与所述颗粒捕集器2的进气口接
通，所述第二出气口与所述中间管10接通，且控制所述发动机1与所述颗粒捕集器2之间的通路关闭，所述颗粒捕集器2的出气口与所述中间管10的出气口之间的通路关闭，使得尾气能够通过第一出气管3进入颗粒捕集器2，进而对颗粒捕集器2进行反向吹灰，然后灰分和尾气一起进入第二出气管4，从第二出气管4排出，颗粒捕集器2两端的压差p
g
减小至第一压差值p
h
以下，气流走向图如图4所示。
44.进一步，所述第一出气管3的进气口设有进气阀31，所述第一出气管3的出气口设有出气阀32，所述控制第一出气管3的进气口与所述主管道5接通，所述第一出气管3的出气口与所述颗粒捕集器2的出气口接通，可以包括：控制所述进气阀31和所述出气阀32均处于打开状态，使得尾气从所述进气阀31进入第一出气管3，从出气阀32排入颗粒捕集器2。
45.进一步，所述主管道5内与所述第二出气管4的连接处设置进口三通阀41，所述中间管10内与所述第二出气管4的连接处设置出口三通阀42；所述控制所述第二出气管4的进气口与所述颗粒捕集器2的进气口接通，所述第二出气口与所述中间管10接通，且控制所述发动机1与所述颗粒捕集器2之间的通路关闭，所述颗粒捕集器2的出气口与所述中间管的出气口10之间的通路关闭，可以包括：控制所述进口三通阀41使所述颗粒捕集器2的进气口与所述第二出气管4的进气口接通，使所述发动机1与所述颗粒捕集器2之间的通路关闭，使得尾气不能通过进口三通阀41进入颗粒捕集器2；控制所述出口三通阀42使所述颗粒捕集器2的出气口与所述出口三通阀42之间的通路关闭，使得从第一出气管3出来的尾气不会通过出口三通阀42流通到中间管10的出气端，使所述第二出气管4与所述中间管10接通，从颗粒捕集器2出气口排出的尾气可以通过第二出气管4进入中间管10，进而从中间管10排出。
46.在一些实施例中，在判断所述颗粒捕集器2是否发生灰分堵塞之后，还可以包括：判断所述颗粒捕集器2是否发生颗粒物堵塞；若是，则升高所述颗粒捕集器2的温度，使所述颗粒捕集器2内的颗粒物燃烧，进而清除颗粒捕集器2内的颗粒物；在其他实施例中，也可以在判断颗粒捕集器2是否发生灰分堵塞的同时，判断颗粒捕集器2是否发生颗粒物堵塞，也即，将颗粒捕集器2两端的压差p
g
与第一压差值p
h
、第二压差值p
k
的值进行比较，若压差p
g
大于或者等于第二压差值p
k
，则颗粒捕集器2发生颗粒物堵塞，若压差p
g
大于或者等于第一压差值p
h
且小于第二压差值p
k
，则颗粒捕集器2发生灰分堵塞，若压差p
g
小于第一压差值p
h
，则颗粒捕集器2未发生堵塞，发动机1正常工作。
47.由于gpf载体封装在排气系统内，很难将gpf单独取下，gpf颗粒物达到限值，发生颗粒物堵塞，可通过gpf再生，将可燃颗粒物燃烧掉解决，而若gpf发生灰分堵塞，只能换掉含gpf部分的排气管，存在资源浪费，很不经济，由于gpf的结构导致灰分一般积累在第一孔道21内壁上，因此普通的正向吹灰无法完全清除灰分，只能将灰分吹向gpf末端，而本技术在颗粒捕集器2上并列设置了第一出气管3和第二出气管4，当颗粒捕集器2内聚集了较多的灰分时，可以利用发动机1排出的尾气，通过第一出气管3进入颗粒捕集器2的出气口，从颗粒捕集器2的出气口自后向前进行反向吹气，使灰分连同尾气从第二出气管4吹出，避免了灰分堵塞gpf，且可以提升gpf的使用寿命；同时，清灰的气源来自发动机1排出的尾气，不需要额外的气源。通过gpf两侧压差等级判断gpf的堵塞类型，采取相应措施，相关阀门的开启和关闭均可采用电动结构，根据ecu指令进行相应操作，控制方法简单易实现。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示
所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
50.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。